各國常見熱作模具鋼
1各國(前蘇聯、日本、美國、瑞典、中國等鋼牌號見表1)加熱模具鋼一覽表。
2各國鋼牌號,均有各國傢標準鋼牌號和生產廠傢標準鋼牌號。如SKD61是日本國傢標準鋼牌號,但DAC、YHD-3是生產廠傢標準鋼牌號
3每外國標準的鋼牌號,均可找到與其對應的中國標準鋼牌號。
4編號1-6、22-32等17種標準鋼牌號,是我國已生產過。
熱作模具鋼中的合金元素
國傢標準中,有四種高韌性錘鍛模具鋼:5CrNiMo、5CrMnMo、5MnMoSiV、5Cr4Mo。其中5MnMoSiV是為改善5CrNiMo鋼淬透性而研制的,5Cr4Mo鋼,主要是作為堆焊電療材料。70年代研制瞭無鎳鋼錘鍛模模具鋼5MnMoSiV,主要用於大中型模具,該鋼加入礬,並采用矽錳復合合金化,強度有所提高,但由於含碳量仍保持在0.50%左右,其韌性有所降低趨勢。近年來研制的4Cr2MoVNi、5Cr2MoVNiSi、45Cr2MoVNiSi,高溫強度有所提高,且含碳量有略微下降,因此韌性有所提高。上述鋼均用於大噸位錘鍛模和機鍛模。80年代前蘇聯、日本等國錘鍛模具鋼的發展趨勢是:
I把鋼中碳含量降低,即從0.5%降到0.4%,個別的可降至0.30%。
II鋼中加入鉻、鉬、鎢、釩的同時又添加鈷、鈮、鈦、稀土、微量的鈣、鋁、氮等元素,進行多元合金化,合金元素總量在5-10%不等。模具材料使用溫度及強韌性均有所提高,模具使用壽命可提高20%-120%。總的趨勢是向著低碳、沉淀、硬化方向發展。為此弄清楚各合金元素作用之前,必須說明幾個原則。
1幾個原則
-降低鋼中碳的含量,淬火後能得到以板條狀馬氏體為主的組織,以保證模具材料的高韌性。
-實施多元復合合金化,以提高鋼的熱強性。合金化時,應特別註意防止第二類回火脆性。
-研究實施合理的強韌化熱處理工藝,保證熱強性與熱韌良好的配合。
-在達到要求的綜合性能前提下,盡量減少其合金元素的用量,降低新鋼種的成本。
2合金元素的作用
1)碳
是控制馬氏體強度的關鍵因素,也是影響韌性的主要因素。國內外關於低碳馬氏體的大量研究表明:若要獲得較好的綜合機械性能,鋼中碳量要控制在0.45%-0.30%。
2)鉻
鉻形成碳化物,可提高鋼的淬透性。淬火加熱時鉻溶於奧氏體,淬火後固溶於馬氏體中,可以提高鋼的抗回火能力。熱作模具鋼中,α-Fe中鉻含量少於2%時,隨著鉻含量的增加,高溫強度隨之上升,但鉻含量大於2%時,高溫強度將隨鉻含量的增加反而下降。同時,還會引起碳化物偏析,將導致降低沖擊韌性。一般講,熱作模具鋼,鉻含量應控制2%為宜。
3)鎢和鉬
鎢的加入在多元復合合金化的熱作模具鋼中,可以明顯地降低鋼的過熱敏感傾向,並提高鋼的熱穩定性。但鎢的含量超過2-3%,鋼的熱強性不會再有明顯提高,反而會使韌性下降。一般應控制在1%左右。
鉬的加入,可以提高鋼的淬透性與熱強性,又可以防止第二類回火脆性。但鉬加入過多,會造成鉬碳化物偏析,在回火過程中沿晶界呈針狀或網狀析出,影響鋼的韌性。在高韌性熱作模具鋼中,鉬含量以0.6-1%為宜。
4)釩
釩可以降低鋼的過熱敏感傾向。在低合金鋼中加入0.1-0.3%的釩就有明顯的效果。馬氏體鋼中,釩含量達到0.5%就可以產生足夠的二次硬化效應。釩量過高,在二次硬化溫度范圍內回火,鋼的塑性、韌性將明顯下降,故釩加入量不能超過1%。
5)鎳
鎳為非碳化合物形成元素,可提高鋼的淬透性。對鋼的強度與韌性,均有良好作用。但過量鎳會促使沿奧氏體晶界析出碳化物,這會導致基體中合金元素含量降低,使鋼熱強性下降。大型錘鍛模具鋼鎳含量一般不會超過1.5%。
6)矽
矽的加入可提高鋼的淬透性和基體強度。矽溶於α-Fe中,使其強化,並提高α-Fe轉變r-Fe的轉變溫度及高溫抗氧化能力。矽是不溶於碳化物,但能提高回火時析出特殊碳化物的彌散度;近期研究表明:加入適量的矽可以改善鋼的韌性,在以碳化物為強化相的熱作模具鋼中,矽量一般以0.5-0.8%為宜。
7)錳
錳,除瞭能提高淬透性之外,還可以消除硫的有害影響。它的含量,一般控制在0.5-0.8%。
8)鈷、鈮、鈦
鈮可形成穩定性很高的NbC,在1050℃剛剛開始溶入奧氏體中,因此抑制晶粒長大,可提高熱強性和高韌性。
鈷的加入可顯著提高耐氧化性和紅硬性(耐磨性能好),如美國的H-10鋼中。加入3%的鈷,可大大提高其鋼的耐磨性能。
鈦在鋼中的作用,就是在高溫時,避免晶粒粗化,因此可以強化鋼的基體,又能提高鋼的韌性。
9)硫與磷
由原材料帶入的有害元素,參照5CrNiMo鋼的冶金含量標準,均控制在少於0.03%
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